简述细胞形态学及其发展

张晶雯

随着生物技术的不断发展，细胞形态等生物概念开始进入人们的视野，并成为人们关注的焦点。众所周知，细胞是构成生物体（除病毒）最基本的结构，但是不同生物体细胞之间有着很大的区别，它们的大小和形态都不尽相同。大小方面，有的细胞大到人肉眼可见的程度，例如鸟类的卵细胞；但有的细胞非常小，需要用一定的显微设备才能观察；而大多数细胞可以用光学显微镜看到。并且每个细胞的大小也都会改变。形态方面，细胞有着各种各样不同的形态，这些形态是由细胞自身的结构和表面张力以及外界的压力所控制的。而这些不同的形态决定了它们不同的功能。例如：植物的筛管细胞是管状的，有利于有机物的运输；动物的红细胞是两面凹的圆饼状，有利于氧气的运输；神经细胞有着许多突起，有利于接受并传导刺激。细胞的形态和大小主要由基因控制，并与功能相适应。

1 历史及发展现状

细胞形态学作为重要的临床诊断技术，有着150 多年的发展历程。细胞形态学的基础是显微镜等科学仪器以及各种制片染色技术，但细胞形态学的发展同样也离不开科学工作者的辛勤研究。

光学显微镜最早由1590 年荷兰眼镜制造商詹森发明，虽然当时的复式显微镜只有10 倍放大，却具有划时代的意义，没有显微镜就没有细胞学的诞生。在这之后科学家们进一步观察到了许多细胞，又有科学家提出了染色方法帮助观察判断细胞的种类。随着科学技术的不断发展，细胞形态学也逐渐发展成熟，能够应用在许多方面，并发挥重要作用。

1.1 临床疾病的检测

细胞形态学在临床的血液疾病诊断中，发挥着不可替代的重要作用。血液疾病是一种很常见的临床疾病，各年龄段的人都可能会患病，如果没能及时进行治疗，可能会对患者的机体产生较大危害，甚至致死。患有血液疾病患者的血细胞有很大概率会出现形态异常，所以，血细胞形态检测对于血液疾病的诊断有着较高的价值。虽然现在检验医学的自动化程度变高，可以采用全血分析仪对细胞进行筛检，但是如果完全依赖仪器，诊断结果就有可能出现漏诊或误诊。所以对于出现细胞形态、大小出现异常的标本，依旧需要人工使用显微镜来进一步检测，来提高临床诊断的准确性[1]。

细胞形态学对于其它疾病的检测也有着一定作用。例如大肠杆菌是一种食物中可能出现的病原菌，受到广大科研人员的关注。大肠杆菌的细胞形态会随培养时间的推移而发生一定改变，先是短杆状，然后会变得无规则。在染色时注意细胞形态和脱色时间能提高结果的准确性，从而得出正确的结论，这可以帮助临床准确判断病因并治疗[2]。

如今细胞形态学在临床许多疾病的检测和诊断中起着重要作用。虽然已经出现了许多先进的仪器，但人工显微镜复查仍对提高诊断结果的准确性有着很大帮助。

1.2 工业化生产领域

细胞形态学在如今的工业生产中也占据着重要地位。抗生素是目前临床治疗的一类常用药物，用于抑制有害病菌的生长。如今大多数的抗生素是从微生物代谢的产物中获得的[3]。基于细胞形态学的相关研究能促进抗生素的合成，从而提高工业生产的效率和经济效益。

2 细胞形态学的应用

2.1 雨生红球藻内虾青素含量

雨生红球藻细胞内天然虾青素的含量比其他生物中的含量都要高。人工化学合成能生产出虾青素，但是过程十分复杂，成本很高，而且其抗氧化性、吸收效果都不如天然虾青素，还存在被污染的可能。所以现在生产虾青素的方法主要还是从雨生红球藻等生物中提取[4]。

雨生红球藻虽然是单细胞生物，但它的形态和营养方式都是多样的。雨生红球藻有四种不同的细胞形态：

孢子是由游动细胞和不动细胞通过无性生殖的方式产生的。孢子分为两种：动孢子和静孢子。也就是一种是游动状态，一种是静止状态。游动细胞内叶绿体多，颜色大多为绿色，也有的是红色。在这种形态下，细胞主要进行生长和繁殖。不动细胞是不动阶段的细胞形态，没有鞭毛，不游动，多数沉在水底。颜色也大多是绿色，有的是红色。此形态下细胞干重增加，但虾青素的含量依旧较低。

厚壁孢子是雨生红球藻在外界环境不适宜的时候形成的细胞壁比较厚的不动细胞。这种细胞形态下的细胞呈棕色，在环境的不断刺激下，细胞内累积的虾青素增多，使细胞最终变为红色。所以虾青素的形成其实是细胞应对外界不适宜的环境所作出的一种自我保护。由厚壁细胞产生的子细胞中虾青素的含量较高，但叶绿素的含量较低。这说明了虾青素可能会影响叶绿体的光合作用，并不利于细胞的生长。

它的营养方式有3 种：光合自养、异养和兼养。光合自养也就是指其在光照下以二氧化碳为原料，发生光合作用产生有机物的营养方式。如对细胞进行二氧化碳自养诱导，细胞可以较快地转变为厚壁孢子，有利于虾青素含量的提高。传统的培养方式主要是在开放大池中或者是在封闭式反应器中培养。但这两种方式都有着各自的缺点，最终的生产效率和经济效益都比较低；异养是指其在避光条件下用现成的有机物生活的营养方式。这种条件下的培养方式比较安全，不易被污染，且细胞生长速率较快，但是细胞内虾青素的含量较低，生产过程较复杂，成本较高；兼养是指其在光照下同时利用有机物和无机物供的营养方式。这种方式可以延长细胞处于营养细胞的时间，加快细胞培养的速度，从而能使培养的时间缩短。但是生产过程要求较高，所以成本也比较高。同时，温度也对雨生红球藻有机物的积累和虾青素的合成有着一定的影响。

由于虾青素不利于叶绿体光合作用的发生，所以在细胞处于生长繁殖阶段时，应该保证细胞内的虾青素含量较低，等到细胞密度较高后再进行诱导，使其细胞内虾青素的含量提高。所以在雨生红球藻生长繁殖过程中，应该进行兼养，维持其处于营养细胞的状态，从而提高培养速度；在虾青素累积的过程中，应使其进行二氧化碳光自养，缩短其转变为厚壁孢子的时间，提高虾青素含量。

在生产过程中，人们通过改变环境因素，对雨生红球藻进行诱导，改变它的细胞形态，从而达到提高生产效率的目的。由此可见，细胞形态对于虾青素的生产有着重要的影响[5]。

2.2 肝细胞的形态调控

人体正常肝细胞7702 的一般形态是典型的上皮样状，这是基因选择性表达的结果。而FNBP1 是细胞肌动蛋白骨架的相关蛋白。利用细胞形态学的相关技术可以研究FNBP1 对7702 细胞形态的影响。

首先，培养7702 细胞，接着检测FNBP1 的mRNA 和蛋白质的表达，并找出其在7702 细胞中的定位。然后用siRNA 对FNBP1 进行干扰，使其沉默，无法表达。最后进行观察及记录。

结果显示当FNBP1 沉默后，细胞形态随之发生改变。细胞由原来的上皮样转变成了纤维状，出现了树枝状分枝。而当FNBP1 恢复表达后，细胞也恢复成正常的上皮样状。这说明了FNBP1 对7702 细胞形态有一定影响。研究表明，FNBP1 可以启动肌动蛋白的组装，从而调节肌动蛋白骨架的组装，最终影响7702 细胞的细胞形态。研究表明，细胞的基因对细胞形态有着影响[5]。

3 结语

细胞形态学是随着各种生物技术进步而发展起来的。时至今日，细胞形态学发展较为成熟，已经可以应用在许多方面。细胞内细胞骨架的基因、细胞壁、环境都会影响细胞形态。故而人们可以通过控制某些因素来改变细胞形态，或是通过观察不同形态的细胞来判断某些疾病[1]。在医学方面，通过观察细胞形态来判断疾病的技术已经基本成熟，广泛应用于临床诊断。在非医学方面，细胞形态学可以用于改变细胞形态，进而提升产品的质量或者提高生产的效率。虽然现在细胞形态学在工业生产中的应用并不广泛，许多仍停留在实验阶段。但我相信，在未来随着细胞形态学的研究不断发展与完善，其应用领域将更加广泛。